JP2002028170A - 人工膝関節 - Google Patents
人工膝関節Info
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/38—Joints for elbows or knees
- A61F2/3886—Joints for elbows or knees for stabilising knees against anterior or lateral dislocations
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- A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
- A61F2310/00005—The prosthesis being constructed from a particular material
- A61F2310/00011—Metals or alloys
- A61F2310/00023—Titanium or titanium-based alloys, e.g. Ti-Ni alloys
Abstract
可能な人工膝関節を提供する。 【解決手段】 左右二つの凸面を前後に連ねてそれぞれ
内側顆部と外側顆部とからなる大腿骨顆部とした大腿骨
コンポーネントと、内側顆部と外側顆部を滑動及び転動
可能に支持する凹面を前後に連ねて内側顆部と外側顆部
とからなる脛骨顆部とした脛骨コンポーネントとからな
る人工膝関節において、大腿骨顆部及び脛骨顆部のそれ
ぞれ内側顆部と外側顆部の間隔を後方に行くほど狭め
た、即ち、リアインにしたことを特徴とする人工膝関
節。
Description
換えられる人工膝関節に関するものである。
外傷等によって機能しなくなった場合、人工膝関節に置
き換えることが行われている。この人工膝関節は、内側
と外側の二つの凸面を前後に連ねて大腿骨顆部とした大
腿骨コンポーネントと、大腿骨顆部を滑動及び転動可能
に支持する凹面を前後に連ねて脛骨顆部とした脛骨コン
ポーネントとからなる。この場合、大腿骨顆部は、内側
顆部と外側顆部とを有するが、いずれも、その最下点を
結んだ軌跡は側面視で二次元的な近似円弧曲線となって
おり、従来の人工膝関節では、この近似円弧曲線の前後
方向の延びは平行に設定されていた。
関節の可動域に制限を与えており、特に最大屈曲の獲得
を困難にしていた。その弊害を列挙すると次のようにな
る。 1.大腿骨顆部を支持する脛骨顆部は平面視で内外方向
に長軸を有する楕円溝を形成しており、大腿骨顆部はこ
の楕円溝上で滑動と転動をしながら回転して膝の屈曲を
許容している。この場合、大腿骨顆部は脛骨顆部の垂直
投影面内に納まっており、それからはみ出すことはな
い。しかし、屈曲角度が増すとその回転中心が後方に移
動することから、脛骨顆部の楕円面の垂直投影面内から
はみ出してしまう。脛骨顆部の縁、特に後側方部は内
側、外側共にハムストリングの走行部にあたるため、大
腿骨顆部のはみ出しはハムストリングの正常な緊張を阻
害し、屈曲障害を起こす。
ぼ平面的であって屈曲時における大腿骨の姿勢は前後十
字靱帯で制御している。即ち、屈曲角度60°位までは
十字靱帯が徐々に伸長し、後はほぼ一定して姿勢制御を
図っている。一方、人工膝関節では、脛骨顆部の側面形
状を立位の0°の位置を最深点としてその前後に”船底
形”を呈する凹形を設けて大腿骨顆部の円滑な回転を図
るようにしており、この場合でも、脛骨顆部の凹形の曲
率半径を大腿骨顆部の凸形の曲率半径よりも大きくする
半拘束型のものがもっとも多い。このため、大腿骨顆部
が屈曲して行くと、脛骨顆部との接触面は徐々に位置が
高くなり、生体膝関節の動きと異なってしまう。従っ
て、十字靱帯を温存している場合は、その伸長が過度に
なり、姿勢制御が行われ難いし、切除している場合で
も、内側、外側副靱帯の伸長が大きくなり過ぎて円滑な
屈曲を阻害する。
はそれ応じて顆部を後上方に延ばさなければならない。
ところが、広い面積を必要とする平行設定では、後上方
に存在する靱帯や腱に干渉してあまり長くはとれない。
このため、従来の人工膝関節における屈曲角度は、11
0°〜120°程度が限界であった。しかし、正座等を
するには150°程度の屈曲を必要とする。
れて大腿骨が内外旋運動を伴って屈曲の円滑さを補助し
ている。しかし、大腿骨顆部と脛骨顆部とが平行に設定
されていると、この内外旋運動が制限を受ける。即ち、
屈曲角度が増すと、大腿骨顆部は脛骨顆部の凹形溝から
逸脱して上方に持ち上げられる状態となって正常な回旋
が阻害されるし、十字靱帯や内側、外側副靱帯も伸長し
過ぎて円滑な屈曲や回旋が困難になる。
解決するため、次のような手段を講ずる。即ち、左右二
つの凸面を前後に連ねてそれぞれ内側顆部と外側顆部と
からなる大腿骨顆部とした大腿骨コンポーネントと、内
側顆部と外側顆部を滑動及び転動可能に支持する凹面を
前後に連ねて内側顆部と外側顆部とからなる脛骨顆部と
した脛骨コンポーネントとからなる人工膝関節におい
て、大腿骨顆部及び脛骨顆部のそれぞれ内側顆部と外側
顆部の間隔を後方に行くほど狭めた、即ち、リアインに
したことを特徴とする人工膝関節を提供する。
部のそれぞれ内側顆部と外側顆部をリアインさせると次
のような長所がある。 1.大腿骨顆部の間隔がリアインしていると、屈曲角度
が増すに従って大腿骨内側顆部及び外側顆部の間隔(距
離)が減少する。従って、高屈曲時にも、大腿骨顆部は
脛骨顆部からはみ出すことなく、その垂直投影面内に納
まっている。このため、ハムストリングに干渉したりし
てこれの正常な緊張を阻害したりすることがない。 2.このことは、高屈曲の場合にも大腿骨顆部が脛骨顆
部から上昇する割合が少ないことを意味し、十字靱帯の
緊張度が緩和され、円滑な屈曲が可能になる。
インさせた場合も内側及び外側顆部の重心位置にかか
る。このため、大きな屈曲角度をとったときには、重心
は顆部の最下点を結んだトップラインの外側に移行し、
曲率半径はそれだけ小さくなる。曲率半径が小さいと、
回転中心の変位量もそれだけ少なくなるから、小さな変
位で大きな屈曲角度を得ることができ、高屈曲を可能に
する。又、回転半径が小さいと、軽い力で屈曲できる。 4.リアインしておれば、大腿骨が脛骨の骨軸を中心に
回転する回旋も、回転半径が小さくなって軽い力で行わ
れるとともに、振れ等がなく安定する。従って、屈曲動
作を補助し、大きな屈曲角度が得られる。
を参照して説明する。図1は後十字靱帯を切除した膝関
節に装着する大腿骨コンポーネント1の斜視図、図2は
膝関節に装着した状態を示す背面図、図3は同じく側面
図であるが、人工膝関節は、一対の大腿骨コンポーネン
ト1と脛骨コンポーネント2とから構成される。このう
ち、大腿骨コンポーネント1は、チタン合金等の生体適
合金属で構成されて大腿骨の遠位端に装着されるもの
で、外郭が側面視で略円形をしており、内部中央に前後
に水平に伸びる高床部3とその両側に低床部4とが形成
され、これらの前後端に前壁5及び後壁6が起立してい
る。
に向けて形成されており、ポケット7の左右の部位の外
郭は下方に突出した凸面に形成され、この凸面を前後に
所定の曲率半径Rで筋条に連ねて内側顆部8aと外側顆
部8bとからなる大腿骨顆部8としている。本発明で
は、この大腿骨顆部8の間隔、即ち、内側顆部8aと外
側顆部8bの間隔を後方に行くほど狭めた、即ち、リア
インにしているのである。このリアインの態様は、内側
顆部8a、外側顆部8bとも、その中心線Lに対して対
称にリアインしているのが好ましく、内側顆部8aと外
側顆部8bのそれぞれ最下点を結んだ線(トップライン
T)が後面視で円弧を形成しており、この円弧の大きさ
は、その延長線が大腿骨顆部8が途切れた上方辺りの中
心線L上で交差する程度に設定してある。
レート9とこのプレート9を支持するベース10とから
なる。このうち、プレート9は、大腿骨顆部8を滑動及
び転動可能に支持するもので、医療用の超高分子量ポリ
エチレン等で構成されている。この場合、プレート9の
上面には、大腿骨顆部8のそれぞれの凸面を受ける凹陥
した凹面を所定の曲率半径Sで前後に筋条に連ねてお
り、これを脛骨顆部11の内側顆部11aと外側顆部1
1bにしている。従って、この内側顆部11aと外側顆
部11bの凹面を上方から見ると、後方ほど接近した”
そら豆形”をしていることになる。尚、脛骨顆部11の
曲率半径Sは、大腿骨顆部8の曲率半径Rよりも大きく
設定されており、このうち、後半のそれは平坦に近くし
てある。
aと外側顆部11bの間隔も後方に行くほど、大腿骨顆
部8と同様にリアインしている。尚、内側顆部11aと
外側顆部11bとの間には前記したポケット7と相互作
用を奏するポスト12が上起して形成されているが、そ
の詳細形状については後述する。ベース10は、チタン
合金等で構成され、脛骨近位端上に固定される。プレー
ト9とベース10とは位置がずれたりしてはならないか
ら、その接合面には相互に嵌合する凹凸等を形成して固
定の強化を図っている。
ポーネント2からなる人工膝関節は、手術によって膝関
節に装着する。このとき、大腿骨に大腿骨コンポーネン
ト1を装着するには、大腿骨の遠位端を整形してその前
後がそれぞれ大腿骨コンポーネント1の前壁5と後壁6
との間に嵌まり込み、左右はその高床部3に跨がって低
床部4に据えられる。これに対して脛骨コンポーネント
2の脛骨に対する装着は、脛骨の近位端を平坦にしてそ
の端面にベース10を固定して行う。このとき、ベース
10の裏面にステム13を突設し、これを脛骨中に差し
込めば、固定の強化が図られる。
ット7と、脛骨顆部11の間に形成されるポスト12の
形状であるが、まず、脛骨顆部11の上面に大腿骨顆部
8を載せた状態を背面(又は前面)から見ると、ポケッ
ト7は、大腿骨顆部8の凸面のアールに沿う側方傾斜面
7aを有して中央に切れ上がっており、ポスト12の側
面部12aは、この側方傾斜面7aに接触している。次
に、側面から見ると、ポケット7の前方には漏斗形の垂
下部7bが形成されており、垂下部7bの後方には位置
の高い裾部7cを隔てて半球状のカム14が形成されて
いる。又、ポスト12は、これら垂下部7bと裾部7c
とに一定隙間を有してこれらの形状に応じた前方傾斜部
12bと頂部12cを有しており、頂部12cからは凹
面形に抉れた後方傾斜部12dを有している。
図3において、大腿骨コンポーネント1と脛骨コンポー
ネント2とを相対回転させると、大腿骨顆部8は脛骨顆
部11に対して後方に回転して行く(脛骨側を固定して
みた場合)。このとき、大腿骨顆部8が脛骨顆部11に
対して滑りがないとすると、早期に脛骨顆部11から脱
落してしまう。このため、大腿骨顆部8は適宜前方に滑
りながら転がることになるが、いずれにしても、大腿骨
顆部8の回転中心Oは後方に移動する。この屈曲動作の
ときの滑動と転動を制御し、両者の姿勢の安定を図るの
が前記したポケット7に形成されたカム14とこれに作
用するポスト12の後方傾斜部12dである。
ながら(前方移動を規制しつつ)、大腿骨顆部8が脛骨
顆部11に対して回転する。この回転は、立位の0°か
ら正座の150°程度まで行われるから、カム14及び
後方傾斜部12dの形状はこれを可能にする設計にされ
る。又、この回転時、ポスト12の側面部12aとポケ
ット7の側方傾斜面7aとの接触は維持されており、ポ
スト12がピボットとなってタイトな動きが確保される
とともに、接触面を増大して面圧を下げ、磨耗等を減少
させる。
に、大腿骨顆部8及び脛骨顆部11は共にリアインにな
っているのであるから、これらを構成する凸面のトップ
ラインT及び凹面のボトムラインVもこれに応じてリア
インになっている。図4は屈曲角度に対応する大腿骨顆
部8と脛骨顆部11の接触状態を示す大腿骨コンポーネ
ント1の背面説明図、図5は側面説明図であるが、膝関
節には骨軸に平行に荷重がかかっており、荷重の方向は
屈曲角度にかかわらないから、最大荷重点(重心)を結
ぶラインAはリアインしているトップラインTやボトム
ラインVどおりにはならず、ほぼ平行である。
等よりは外側に位置するが、大腿骨顆部8と脛骨顆部1
1が回転するときにその関係を作って行くのはこのライ
ンAに準拠するのは前述したとおりであるから、これが
トップラインT等より外側にあると、実質的な回転半径
はそれだけ小さいものとなり、小さい変位で大きな屈曲
角度がとれることになるし、屈曲に要する力も小さくて
すむ。同時に、内旋又は外旋しようとするとき、その回
転半径も小さくなるから、横振れ等もなく、軽い力で円
滑に回転する。更に、脛骨顆部11の曲率半径Sが後半
は大きく設定されていることから、屈曲時における大腿
骨顆部8の浮き上がりが少なく、上下動の少ない屈曲動
作を得ることができ、結果として高屈曲が可能になる。
と外側顆部8bの中心から20mmの距離に設定してあ
るが、中心からの距離がそれぞれ23.5mmのライン
Bと27mmのラインCを図4に設定してみた。そし
て、これを屈曲させたときのそれぞれのラインA〜Cの
軌跡を図5に示した。これを見ると、中心からの距離が
離れるほど屈曲角度が増したときの回転半径が小さくな
っていることがわかる。従って、最大荷重点となるライ
ンAをトップラインTの外側に離すほど、換言すれば、
トップラインTをラインAの内側に設定するほど、屈曲
性が高まることが言える。そこで、それぞれの患者の状
況(年齢や症状及び要望や生活習慣)に応じてこのトッ
プラインTを設定をすることになる。
を90°屈曲したときの平面図であるが、このように、
これらをリアインの構造にすると、大腿骨顆部8が大き
く屈曲しても、脛骨顆部11が形成されるプレート9の
垂直投影面からはみ出さないことも注目する点である。
これが従来のように平行設定であると、回転中心Oが後
方に移動することによって斜線部Zのようにプレート9
からはみ出す。すると、ハムストリング等に干渉するこ
とになるのは前述したとおりである。
する人工膝関節についてであるが、十字靱帯の損傷が少
ない膝関節については、特に損傷の少ない後十字靱帯を
温存して人工膝関節を装着する。図7はこのタイプの人
工膝関節を膝に装着した場合の平面図、図8は背面図、
図9は側面図であるが、大腿骨コンポーネント1、脛骨
コンポーネント2とも、その基本的な構造は変わらな
い。但し、このタイプのものは、回転時の姿勢制御を後
十字靱帯15で図っており、これに伴って後十字靱帯1
5が通る生体の大腿骨顆の間の凹み16や脛骨顆の間の
凹み17も残しており、これに装着される大腿骨の遠位
端や脛骨の近位端の整形はこれに応じたものにしてあ
る。
部12dも設けていないし、大腿骨顆部8の間の高床部
3に後十字靱帯15が通るのを許容する溝18を後方か
ら切り欠いている。但し、脛骨顆部11の間のポスト1
2については、後十字靱帯15に干渉しない範囲で後半
を欠如して背の低いものを設けており、これにポケット
7の側方傾斜面7aが接触している点は同じである。更
に、大腿骨顆部8及び脛骨顆部11がリアインの構造を
している点も同じであり、屈曲や内外旋のときの挙動に
ついても同じである。
腿骨顆部及び脛骨顆部がリアインしていることにより、
前述したように、上下動や横振れの少ない安定した屈曲
を軽い力によって大きな角度にわたって得ることができ
る。同時に、高屈曲の際にも周囲の靱帯や腱を傷めるこ
とがない。
視図である。
面図である。
面図である。
面説明図である。
面説明図である。
面図である。
の平面図である。
の背面図である。
の側面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 左右二つの凸面を前後に連ねてそれぞれ
内側顆部と外側顆部とからなる大腿骨顆部とした大腿骨
コンポーネントと、内側顆部と外側顆部を滑動及び転動
可能に支持する凹面を前後に連ねて内側顆部と外側顆部
とからなる脛骨顆部とした脛骨コンポーネントとからな
る人工膝関節において、大腿骨顆部及び脛骨顆部のそれ
ぞれ内側顆部と外側顆部の間隔を後方に行くほど狭め
た、即ち、リアインにしたことを特徴とする人工膝関
節。 - 【請求項2】 内側顆部、外側顆部とも、その中心線に
対して対称にリアインしている請求項1の人工膝関節。 - 【請求項3】 大腿骨顆部の内側顆部と外側顆部それぞ
れの最下点を結ぶ線が後面視で略円弧を形成しており、
この円弧の延長線が顆部が途切れた上方辺りの中心線上
で交差している請求項1又は2の人工膝関節。 - 【請求項4】 脛骨顆部の内側顆部と外側顆部の間に後
面視で裾広がりの傾斜面を有して上起するポストを設け
るとともに、大腿骨顆部の内側顆部と外側顆部の対向す
る内側面をポストに接触させた請求項1空3いずれかの
人工膝関節。 - 【請求項5】 膝関節が十字靱帯を切除したものであ
り、大腿骨顆部の内側顆部と外側顆部との間にポストの
後面に作用して屈曲時の姿勢を制御するカムを設けた請
求項1〜4いずれかの人工膝関節。 - 【請求項6】 膝関節が後十字靱帯を温存したものであ
り、後十字靱帯が伸長して屈曲時の姿勢を制御する請求
項1〜4いずれかの人工膝関節。
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